(57)【要約】【課題】シリーズレギュレータで多段増幅器の電源電圧を制御することによって増幅器出力を制御する構成の増幅器において、動作安定性や動作効率が低いという問題があった。【解決手段】入力制御信号によって出力電力が調整される増幅器において、入力制御信号Ｖinが入力される誤差増幅器１２１と、誤差増幅器１２１の出力を入力する第１のエミッタフォロア型トランジスタ１２３と、第２のエミッタフォロア型トランジスタ１２２と、第２のエミッタフォロア型トランジスタ１２２の出力と誤差増幅器１２１の入力を結合する帰還回路１５０と、第１のエミッタフォロア型トランジスタ１２３の出力により電源電圧が印加されるドライバー段トランジスタ１１１と、ドライバー段トランジスタ１１１の出力に接続され、かつ第２のエミッタフォロア型トランジスタ１２２の出力により電源電圧が印加される終段トランジスタ１１２と、を有する。【選択図】図１
2006311038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力制御信号によって出力電力が調整される増幅器において、
前記入力制御信号が入力される誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力を入力する第１のエミッタフォロア型トランジスタと第２のエミッタフォロア型トランジスタと、
前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの出力と前記誤差増幅器の入力を結合する帰還回路と、
前記第１のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加されるドライバー段トランジスタと、
前記ドライバー段トランジスタの出力に接続され、かつ前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加される終段トランジスタと、
を有することを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記誤差増幅器の出力を分圧して前記第１のエミッタフォロア型トランジスタに入力する分圧回路を有することを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記分圧回路にＤＣバイアス電圧を付与することを特徴とする請求項２に記載の増幅器。
【請求項４】
前記増幅器の出力電力に応じて前記分圧回路の分圧比を調整することによって第１のエミッタフォロア型トランジスタの出力電圧が調整されることを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の増幅器。
【請求項５】
前記第１のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第１のスイッチングレギュレータが接続され、
前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第２のスイッチングレギュレータが接続され、
前記第１のスイッチングレギュレータと前記第２のスイッチングレギュレータの各々が、前記第１のエミッタフォロア型トランジスタと前記第２のエミッタフォロア型トランジスタが飽和しない電圧を出力することを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の増幅器。
【請求項６】
前記第１のスイッチングレギュレータと前記第２のスイッチングレギュレータの各々が各々異なる電圧を出力することを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の増幅器。
【請求項７】
前記第１のスイッチングレギュレータの出力電圧が前記第２のスイッチングレギュレータの出力電圧と同レベルもしくは低いことを特徴とする請求項６に記載に増幅器。
【請求項８】
前記増幅器が極座標変調器であることを特徴とする請求項1乃至７のいずれかに記載の増幅器。
【請求項９】
請求項1乃至８のいずれかに記載の増幅器を備えた情報通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器およびそれを用いた情報通信機器に関する。例えば、高周波で動作する無線送信機に使用される増幅器およびそれを搭載した情報通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの携帯端末においては、近年の多機能化に伴う消費電力の増加に伴い、電池の寿命は大きな課題となっている。特に無線回路の送信部における増幅器は大きな電力を消費して電池の寿命に大きく影響するため、増幅器の消費電力低減は重要な課題である。
【０００３】
図５は、携帯電話に用いられる従来の増幅器の構成である（第１の従来技術）。一般に携帯電話の出力信号の電力レベルは基地局との距離に応じて変化し、例えば基地局との距離が近い場合は携帯電話の出力レベルは小さくなる。増幅器は、入力端子５０２から入力する制御信号により増幅器の出力端子５０４から出力する電力レベルを制御する構成である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
ここで、入力端子５０１から入力される高周波信号は、多段増幅器のドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１が飽和するのに十分な電力レベルに設定されている。一方、入力端子５０２から入力される制御信号はシリーズレギュレータ５０５に入力され増幅される。このシリーズレギュレータ５０５は、誤差増幅器５０６、抵抗５０７、５０８、エミッタフォロア型トランジスタ５２２から構成されている。このシリーズレギュレータ５０５にて増幅された後、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の電源部に入力される。ここで、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の電源部は接合されており、シリーズレギュレータ５０５の出力により同一電位で制御されるため、より低い出力電力から高い出力電力レベルまで出力することが可能である。
【０００５】
ここで、図３の実線は入力端子５０２から入力される制御信号電圧Ｖｉｎと出力端子５０４から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示した図である。図５の構成ではドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１は飽和しており、電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖｉｎに比例して増加するため、電圧Ｖｉｎによって高い精度で電圧Ｖｏｕｔを制御することが可能である。
【０００６】
通常、増幅器の電源部には高周波信号が漏れないように比較的大きなコンデンサを接続するが、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の電源部を近接した場所で接続するような場合、容量としてより大きなコンデンサを電源部に接続して、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の間のアイソレーションを確保する必要がある。もし十分なアイソレーションが確保できないと、終段増幅器５１１の電源部から漏れた信号がドライバー段増幅器５１０の電源部にフィードバックされて発振するなど不安定な状態となりやすい。また、図５に示す増幅器では、入力端子５０２から入力される制御信号が高速の場合、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の電源部に容量値の大きなコンデンサを接続すれば、ドライバー段増幅器５１０と終段増幅器５１１の電源部への入力制御信号が歪んでしまうという問題がある。
【０００７】
図６は従来の増幅器の他の構成例である（第２の従来技術）。多段増幅器のドライバー段増幅器６１０と終段増幅器６１１に個別のシリーズレギュレータ６０５および６２０を接続して多段増幅器の出力電力を制御する方式である。シリーズレギュレータ６０５は、抵抗６１３、６１４、エミッタフォロア型トランジスタ６１２、誤差増幅器６１５からなり、また、シリーズレギュレータ６２０は、抵抗６２３、６２４、エミッタフォロア型トランジスタ６２２、誤差増幅器６２１からなる。この方式は、図６の構成からも明らかなように、ドライバー段増幅器６１０と終段増幅器６１１の電源部が接続されておらずアイソレーションが確保されているため、動作は安定である。ただし、この方式はシリーズレギュレータを個別に有しているために複数個の誤差増幅器が必要となり、その結果、サイズやコストが増大する上、誤差増幅器の消費電力が増大してしまうという問題がある。
【特許文献１】米国特許第６７０１１３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来の、シリーズレギュレータを用いて多段増幅器の電源電圧を制御し多段増幅器の出力電力を制御する増幅器において、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部を接続して同一電位で制御する構成（第１の従来技術）では、高速の制御信号で多段増幅器の電源部を駆動する場合には、容量値の大きなコンデンサを多段増幅器の電源部に接続してドライバー段増幅器と終段増幅器のアイソレーションを確保することが困難であるため、終段増幅器からの出力電力がドライバー段増幅器の電源部にフィードバックされて発振するなど、不安定な状態となりやすいという問題があった。
【０００９】
また、多段増幅器のドライバー段増幅器と終段増幅器に個別のシリーズレギュレータを接続して多段増幅器の出力を制御する方式（第２の従来技術）では、複数個の誤差増幅器が必要となり、その結果、サイズ、コストが増大し、また誤差増幅器の消費電力が増大するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記従来の問題を解決し、低コストでサイズが小さく、安定に低消費電力で動作する増幅器を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、入力制御信号によって出力電力が調整される増幅器において、前記入力制御信号が入力される誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力を入力する第１のエミッタフォロア型トランジスタと第２のエミッタフォロア型トランジスタと、前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの出力と前記誤差増幅器の入力を結合する帰還回路と、前記第１のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加されるドライバー段トランジスタと、前記ドライバー段トランジスタの出力に接続され、かつ前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの出力により電源電圧が印加される終段トランジスタと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記誤差増幅器の出力を分圧して前記第１のエミッタフォロア型トランジスタに入力する分圧回路を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記分圧回路にＤＣバイアス電圧を付与することを特徴とする。
【００１４】
また、前記増幅器の出力電力に応じて前記分圧回路の分圧比を調整することによって、第１のエミッタフォロア型トランジスタの出力電圧が調整されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第１のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第１のスイッチングレギュレータが接続され、前記第２のエミッタフォロア型トランジスタの電源端子に第２のスイッチングレギュレータが接続され、前記第１のスイッチングレギュレータと前記第２のスイッチングレギュレータの各々が、前記第１のエミッタフォロア型トランジスタと前記第２のエミッタフォロア型トランジスタが飽和しない電圧を出力することを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記第１のスイッチングレギュレータと前記第２のスイッチングレギュレータの各々が各々異なる電圧を出力する、あるいは、前記第１のスイッチングレギュレータの出力電圧が前記第２のスイッチングレギュレータの出力電圧と同レベルもしくは低いことを特徴とする。
【００１７】
また、前記増幅器が極座標変調器であることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の情報通信機器は、本発明の増幅器を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる増幅器によれば、低コストでサイズが小さく、安定に低消費電力で動作する増幅器を実現することが可能となり、通信機器の送信機などに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に、本発明の実施の形態に係る増幅器の構成を示す。以下、図１を用いて、本実施の形態１の増幅器の構成および動作について説明する。
【００２１】
入力端子１０１から入力された高周波信号はドライバー段増幅器１１１に入力され増幅された後、終段増幅器１１２に入力され、増幅されて出力端子１０５から出力される。
【００２２】
一方、入力端子１０２から入力された制御信号は、シリーズレギュレータ１４０の誤差増幅器１２１に入力され、さらに帰還回路網１５０からの帰還信号と比較し増幅された後、出力される。増幅された制御信号は分岐され、一方はエミッタフォロア型トランジスタ１２２に入力され、もう一方はバイアス回路１６０を介して同じくエミッタフォロア型トランジスタ１２３に入力される。エミッタフォロア型トランジスタ１２２および１２３の電源電圧は、各々のコレクタ端子１０４、１０３より各々スイッチングレギュレータ１３２および１３１から与えられる。スイッチングレギュレータ１３１とスイッチングレギュレータ１３２の各々は、異なる電圧出力を出力する。エミッタフォロア型トランジスタ１２２のエミッタ端子からは、入力された制御信号とほぼ同一電位の制御信号が出力されて、さらに分岐され、一方の出力は終段増幅器１１２の電源部に入力され、もう一方は帰還回路網１５０を介して誤差増幅器１２１に帰還される。
【００２３】
一方、バイアス回路１６０に入力された制御信号は可変抵抗１２６と抵抗１２７に分圧され、分圧された信号がエミッタフォロア型トランジスタ１２３に入力される。入力された制御信号の電圧とほぼ同一電位の制御信号がエミッタ端子から出力され、ドライバー段増幅器１１１の電源部に入力される。
【００２４】
次に、図２を用いてドライバー段増幅器１１１と終段増幅器１１２の駆動方式について説明する。図２（ａ）は、終段増幅器１１２の各電源電圧における入力電力Ｐinと出力電力Ｐoutの関係である。電源電圧Ｖに対し、電圧Ｖのほぼ二乗に比例した飽和電力が出力される。つまり、終段増幅器１１２が飽和していれば、電源電圧Ｖにほぼ比例した電力が出力されるため、電圧Ｖを調整するだけで終段増幅器１１２の出力電力を制御することが可能である。
【００２５】
しかしながら、特に終段増幅器１１２は最大出力付近での特性の個体差が大きいのが一般的であるため、規格で決められた最大出力が得られないことがないように、十分大きな入力電力Ｐinを終段増幅器１１２に入力して過飽和状態にするのが望ましい。一方、出力電力が低い場合の出力の絶対精度は、一般に最大出力時ほど厳しくはない。例えば１０ｄＢｍから９ｄＢｍに出力を低下する際には、１０ｄＢｍから、―１．５ｄＢから−０．５ｄＢ低い電力値という相対値に設定すればよいという比較的緩い規格となっている。つまり、例えば最大出力より低いＰout３を出力するためには、入力電力Ｐin３を入力しなくても、Ｐin３より低い電力レベルのＰin３’を入力すれば終段増幅器１１２は規格を満足する範囲の電力を出力することが可能である。
【００２６】
図２（ｂ）には、ドライバー段増幅器１１１の電源電圧と出力電力の関係を示している。ドライバー段増幅器１１１の出力電力が終段増幅器１１２にそのまま入力されるとすれば、終段増幅器１１２でＰout４以上の出力を確実に得るためには、終段増幅器１１２が過入力状態になるようにドライバー段増幅器１１１はＰin４を出力する必要があり、そのためにドライバー段増幅器１１１の電源に与える電圧は４×Ｖである。
【００２７】
終段増幅器１１２が最大出力Ｐout４より低いＰout３を出力するためには、前述したようにＰin３’を入力すればよく、ドライバー段増幅器１１１がＰin３’を出力するためには、ドライバー段増幅器１１１の電源電圧には３×Ｖ’を印加すればよいことになる。エミッタフォロア型トランジスタ１２２から電圧３×Ｖを出力すると同時に、エミッタフォロア型トランジスタ１２３から電圧３×Ｖ’を出力するためには、バイアス回路１６０の分圧比を変えることにより利得を低下する。これを実現する一つの方法として、可変抵抗１２６の抵抗値を変化すればよい。さらに、スイッチングレギュレータ１３１および１３２の出力として、各々３×Ｖおよび３×Ｖ’に、エミッタフォロア型トランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧ドロップαを加えた、３×V＋αおよび３×V’＋αに設定すれば、ドライバー段増幅器１１１における消費電力は３×Vを印加する場合より低減することが可能となる。なお、スイッチングレギュレータ１３１の出力電圧は、スイッチングレギュレータ１３２の出力電圧と同レベルもしくは低ければよい。
【００２８】
同様に、終段増幅器１１２で出力Ｐout２、Ｐout１を得る場合において、バイアス回路１６０を調整してドライバー段増幅器１１１の電源電圧として２×V’、１×V’を印加すると同時に、スイッチングレギュレータ１３１の出力電圧として２×V’+α、１×V’+αを印加すれば、各出力電力において低消費電力化を図ることが可能となる。
【００２９】
ただし、ドライバー段増幅器１１１の電源電圧が零に近い場合、ドライバー段増幅器１１１の出力電力が低くなりすぎて、終段増幅器１１２が飽和しなくなり、図３の点線に示すように、ＶinとＶoutの比例関係が保持できなくなる可能性がある。これを避けるための手法の一つとして、図４に示すように、バイアス回路において１２８も示すＤＣ電圧Ｖｘを印加する。これにより、終段増幅器１１２が常に飽和した状態を保ち、図３の実線に示す線形な特性を確保することが可能となる。
【００３０】
この方式の２つ目の利点は、誤差増幅器の消費電力を低減できることである。従来は複数のエミッタフォロア型トランジスタに対して個別に誤差増幅器を有していたが、本発明では一つの誤差増幅器で複数のエミッタフォロア型トランジスタを駆動することにより、誤差増幅器における消費電力を低減することが可能となる。
【００３１】
この方式の３つ目の利点は、一つの誤差増幅器で多段増幅器を駆動する場合においても、増幅器を安定に動作できることである。従来は一つの誤差増幅器で多段増幅器を駆動する場合、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部を接続する必要があった。しかしながら、高速の制御信号で電源部を駆動する場合には、容量値の大きなコンデンサを電源部に接続して、ドライバー段増幅器と終段増幅器のアイソレーションを確保することが困難であった。本発明では、ドライバー段増幅器と終段増幅器の電源部は各々の電源を印加するエミッタフォロア型トランジスタを介して接続されることになるため、直接接続される場合より大きなアイソレーションを確保することができ、より安定動作が可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態の構成は極座標変調動作する増幅器についても適用できる。
【００３３】
また、携帯電話、ＰＤＡ、通信用カードなどの情報通信機器に、上記実施の形態の増幅器を搭載すれば、低コストで低消費電力な本発明の増幅器を具備することで、情報通信機器としても、低コストで低消費電力な機器を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる増幅器によれば、安定で低消費電力の増幅器を実現することが可能となり、情報通信機器の送信機などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る増幅器の構成図
【図２】本発明の実施の形態に係る増幅器の入力電力と出力電力の関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態に係る増幅器の入力電圧と出力電津の関係を示す図
【図４】従来の増幅器のバイアス回路図
【図５】従来の増幅器の構成図
【図６】従来の増幅器の構成図
【符号の説明】
【００３６】
１０１    入力端子
１０２    入力端子
１０３    入力端子
１０４    入力端子
１０５    出力端子
１１１    ドライバー段増幅器
１１２    終段増幅器
１２１    誤差増幅器
１２２    エミッタフォロア型トランジスタ
１２３    エミッタフォロア型トランジスタ
１２４    抵抗
１２５    抵抗
１２６    可変抵抗
１２７    抵抗
１２８    ＤＣ電圧
１３１    スイッチングレギュレータ
１３２    スイッチングレギュレータ
１４０    シリーズレギュレータ
１５０    帰還回路網
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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